Ahli fizik teori Stephen Hawking, Malcolm Perry dan Andrew Strominger telah mengemukakan penyelesaian untuk paradoks kehilangan maklumat dalam lubang hitam. Masalah ini dianggap oleh banyak saintis sebagai salah satu yang paling penting dalam fizik, kerana ia berkaitan dengan determinisme dunia - bagaimana masa lalu, masa kini dan masa depan saling mempengaruhi. "Lenta.ru" memberitahu perincian kajian.
Intipati masalah paradoks maklumat lubang hitam adalah seperti berikut. Menurut versi paling sederhana dari teorema tanpa rambut, lubang hitam tanpa muatan dan tidak berputar yang dijelaskan dalam masa ruang Schwarzschild dicirikan oleh hanya satu parameter - jisim. Kata "rambut" dalam kes ini digunakan sebagai metafora untuk parameter lain dan dicadangkan oleh ahli fizik John Wheeler.
Paradoks bermaksud bahawa tidak ada cara untuk membezakan lubang hitam berjisim sama antara satu sama lain. Perkara yang memasuki lubang hitam kemudiannya menguap disebabkan oleh radiasi Hawking, dan tidak jelas apa yang berlaku pada maklumat yang sebelumnya dibawa. Secara umum, ini dapat berarti, seperti yang ditunjukkan oleh Strominger dalam wawancara dengan editor Seth Fletcher untuk Scientific American, dunia tidak tentu: masa kini tidak menentukan masa depan dan tidak dapat digunakan untuk membangun kembali masa lalu sepenuhnya.
Hawking pertama kali mengumumkan penemuan baru pada 25 Ogos 2015, ketika berucap pada persidangan di Royal Institute of Technology di Stockholm. Kemudian dia menarik minat komuniti ilmiah dengan artikel yang akan datang untuk menyelesaikan paradoks lubang hitam. "Maklumat tidak disimpan di dalam, seperti yang diharapkan, tetapi di cakrawala peristiwa lubang hitam," kata saintis pada waktu itu. Dia juga menyebutkan siaran super yang digunakan oleh pengarang dalam karya tersebut (lebih banyak lagi di bawahnya), penyelidikan yang Strominger memberi inspirasi kepada Hawking untuk menulis artikel tersebut. "Ideanya adalah bahawa siaran super adalah hologram zarah jatuh," kata Hawking. "Mereka mengandungi semua maklumat yang mungkin telah hilang." Saintis itu juga membincangkan prospek penggunaan maklumat dari lubang hitam. "Untuk semua tujuan praktikal, maklumat hilang," kata Hawking. Mengikut dia,lubang hitam mengembalikan maklumat dalam bentuk "huru-hara dan tidak berguna."
Dalam ceramahnya sehari sebelumnya, pada 24 Ogos, Hawking membincangkan mengenai lubang hitam sebagai terowong ke alam semesta lain. Jika lubang hitam cukup besar dan berputar, ia boleh menjadi jambatan ke alam semesta lain. Tetapi setelah melaluinya, anda tidak akan kembali ke tempat kami,”kata ahli fizik. Hawking mengemukakan idea-idea beliau pada persidangan pada 3 September dalam praprint di laman web arXiv.org. Karya Hawking itu sendiri, yang dikarang bersama Perry dan Strominger, diterbitkan di sana pada 5 Januari 2016.
Malcolm Perry, Andrew Strominger dan Stephen Hawking (kiri ke kanan)
Foto: Anna N. Zytkow / saintifikamerican.com
Sebelumnya (sejak pertengahan 1970-an) Hawking percaya bahawa maklumat tidak disimpan dalam lubang hitam. Mengenai isu ini, pada tahun 1997, dia dan Kip Thorne bertaruh dengan ahli fizik teori Amerika John Preskill. Pandangan Hawking terhadap paradoks maklumat lubang hitam telah berubah dengan kemajuan teori rentetan.
Video promosi:
Pada tahun 1996, dalam kerangka teori rentetan, Strominger dan Kumrun Wafa menunjukkan penurunan ekspresi untuk entropi lubang hitam, yang pertama kali diperoleh secara termodinamik oleh ahli fizik Israel Jacob Bekenstein pada tahun 1973. Kesimpulan mereka menunjukkan bahawa penyejatan lubang hitam mengekalkan uniteritas mekanik kuantum (berkaitan dengan tafsiran kebarangkalian yang konsisten), yang sebelumnya dipersoalkan oleh Hawking.
Dalam karya yang diterbitkan pada tahun 2005, saintis Britain cuba menjelaskan secara kualitatif pemuliharaan maklumat dalam lubang hitam menggunakan teknik integral fungsional yang mengambil alih ruang dengan topologi sepele. Hasil yang sama diikuti dari idea korespondensi AdS / CFT yang dicadangkan pada tahun 1998 oleh Juan Maldacena dalam kerangka teori rentetan. Ini, pada gilirannya, berdasarkan prinsip holografik yang diusulkan pada tahun 1993 oleh ahli fizik teori Belanda, Gerard t'Hooft (saintis ini menerbitkan cetakan awal pada 5 September 2015 dengan cara alternatif untuk menyimpan maklumat melalui lubang hitam).
Dalam karya baru, para saintis membina penyelidikan dari tahun 1960-an. Kemudian ahli fizik Steven Weinberg dan yang lain mencadangkan konsep terjemahan super (mereka tidak boleh dikelirukan dengan istilah dengan nama yang sama yang digunakan dalam matematik super). Di samping itu, penulis menggunakan hasil kajian Strominger dan rakan penulisnya, yang kemudiannya menunjukkan bahawa lubang hitam mempunyai rambut lembut yang disebut. Strominger menggunakan foton lembut yang diketahui dari elektrodinamik kuantum - kuanta radiasi elektromagnetik panjang gelombang panjang yang digunakan dalam renormalisasi (prosedur untuk menghilangkan perbezaan dalam teori medan kuantum). Zarah-zarah tersebut mempunyai tenaga yang rendah dan, ketika menggambarkan keadaan vakum (dengan tenaga terendah), menyebabkan kemunculan keadaan kuantum baru yang dicirikan oleh momentum sudut (kerana foton mempunyai satu).
Strominger menjadi tertarik dengan persoalan apakah keadaan kuantum awal sistem akan berbeza dari yang berikutnya jika kita menetapkan panjang gelombang foton menjadi tak terbatas (iaitu untuk mengira tenaganya sebagai sifar). Pengiraan telah menunjukkan bahawa keadaan kuantum sistem akan berubah dalam kes ini. Graviton lembut dan foton dalam had panjang gelombang tak terhingga wujud di sempadan ruang-waktu. Diterapkan pada lubang hitam, ternyata zarah-zarah lembut dilokalisasi di cakerawala peristiwa - hologram tiga dimensi dari lubang ruang-waktu empat dimensi.
Ketika mereka bercakap mengenai siaran super, saintis bermaksud transformasi pancaran cahaya yang serupa yang wujud di cakrawala peristiwa lubang hitam. Pada tahun 1960-an, terjemahan super digunakan untuk menggambarkan sinar cahaya pada waktu tak terbatas, dan bukannya cakrawala peristiwa lubang hitam. Strominger menjelaskan idea penyiaran super menggunakan contoh koleksi jerami yang panjang dan serupa. Sekiranya salah satu daripadanya digerakkan ke atas atau ke bawah berbanding yang lain, dapatkah gerakan seperti itu dianggap nyata? Penyelidikan oleh saintis telah memberikan jawapan positif untuk persoalan ini.
Gerard t'Hooft dan Stephen Hawking
Foto: Håkan Lindgren / kth.se
Jika anda membandingkan dua lubang hitam yang hanya berbeza dengan penambahan foton lembut yang tidak mengubah tenaga, anda akan mendapat lubang hitam yang berbeza. Dan kemudian anda membiarkannya menguap. Dalam kes ini, mereka mesti menguap menjadi sesuatu yang berbeza antara satu sama lain. Kami memberikan formula yang tepat, yang merupakan salah satu hasil utama kerja kami, yang menggambarkan perbezaan keadaan kuantum lubang hitam, yang mana atau tidak ditambahkan foton lembut,”kata Strominger kepada Scientific American.
Ahli fizik itu menyatakan bahawa dalam kajian itu dia dapat merumuskan 35 masalah yang menjanjikan, yang masing-masing dapat memakan waktu hingga beberapa bulan. "Sekiranya kita memiliki semua bahan untuk memahami dinamika kuantum lubang hitam, ini memungkinkan untuk menghitung jumlah piksel holografik," katanya. Pada masa akan datang, Strominger dan pengarang bersama akan mempelajari bukan terjemahan super, tetapi penggiliran super. Dengan menggunakan analogi dengan sedotan panjang yang sama, kita dapat mengatakan bahawa dalam kes ini yang terakhir bertukar tempat antara satu sama lain (satu jerami berputar di sekitar yang lain).
"Mereka (putaran super) adalah jenis simetri lain di tak terhingga, di mana anda tidak hanya memindahkan sinar cahaya ke atas dan ke bawah, tetapi anda membiarkannya bergerak relatif satu sama lain," kata Strominger. Para saintis mula mengkaji transformasi seperti itu kira-kira sepuluh tahun yang lalu, dan kemajuan dalam memahaminya hanya dapat dicapai dalam dua tahun terakhir. Hawking, yang menyambut ulang tahunnya yang ke-74 pada 8 Januari, akan menyampaikan visi mengenai karya barunya dalam kuliah yang akan disiarkan pada 26 Januari dan 2 Februari oleh BBC Radio 4.
Andrey Borisov
